本书是南开大学精品课程建设成果。为满足读者学习计算机网络基础知识与网络应用的需要,本书系统介绍了计算机网络概论、数据通信与广域网技术、网络体系结构与网络协议、局域网技术、网络操作系统、网络互连技术、互联网应用技术、物联网应用技术,以及网络安全与网络管理技术。每章附有习题,为任课教师免费提供电子课件。本书教学体系参考了全国硕士研究生统一入学考试、计算机等级考试和全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试的基本要求和知识点,有助于学生通过认证考试。本书简明、系统、先进、实用,适合作为高等院校非计算机专业的公共课教材,以及电子商务、信息管理与信息系统、信息与计算科学、多媒体与网络技术、教育技术学、物联网工程等专业的相关课程的教材,也可作为各类计算机网络与通信技术培训班的教材,还可供从事计算机与信息技术应用的工程技术人员、管理干部学习参考。
精品课程配套教材
前 言
计算机网络是计算机科学与工程中迅速发展的新兴技术,也是计算机应用中的一个空前活跃的领域。计算机网络是计算机与通信技术相互渗透、密切结合而形成的交叉科学。目前,计算机网络已广泛应用于办公自动化、企业管理、信息服务、电子商务、科研教育、医疗卫生、军事等领域。互联网技术发展迅速,全球信息高速公路建设的浪潮兴起。人们已经意识到,计算机网络正在改变人们的工作与生活方式,已成为影响一个国家与地区的经济、科学与文化发展的重要因素之一。我国信息技术与信息产业的发展,需要大量掌握计算机网络与通信技术的人才。计算机网络技术已成为广大学生学习的一门重要课程,也是从事计算机与信息技术的研究、应用人员应该掌握的重要知识之一。
计算机网络技术经过5年的发展,已经形成了自身比较完善的体系。目前,计算机网络技术发展迅速,应用广泛,知识更新快。以互联网为代表的网络应用技术与以千兆以太网为代表的高速网络技术,使计算机网络技术发展到一个更高的阶段。为了满足计算机网络课程学习的要求,作者根据多年教学与科研实践经验编写了本书,希望给广大读者提供一本既能保持教学的系统性,又能反映当前计算机网络技术发展最新成果的教材。
本书在教学体系安排中也考虑了全国硕士研究生统一入学考试、全国计算机等级考试、全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试所要求的基本内容,因此通过本书的学习也有助于学生通过相关科目的考试。
本书是南开大学精品课程的建设成果。本书前几版受到很多读者和任课老师的欢迎,累计印数超过25万册。本次修订在第5版的基础上,增加了计算机网络技术最新发展的有关内容。全书共分9章。
第1章讨论计算机网络的基本概念,这是全书的基础。
第2章讨论数据通信与广域网技术,包括传输介质、数据编码、多路复用、差错控制等内容,以及广域网的数据交换技术。
第3章讨论网络体系结构与网络协议,并分析OSI参考模型与TCP/IP模型。
第4章讨论局域网技术,介绍了传统以太网、高速以太网、交换式局域网与无线局域网技术,以及局域网组网技术。
第5章讨论网络操作系统的基本概念,并介绍几种常用的网络操作系统。
第6章讨论网络互连技术,介绍网络互连的类型与层次,以及网桥、路由器与网关的工作原理。
第7章讨论互联网应用技术,介绍互联网的基本概念、接入方式与服务功能,以及各种新型的互联网应用。
第8章讨论物联网应用技术,介绍物联网的产生背景、基本概念、体系结构,以及物联网关键技术发展。
第9章讨论网络安全与网络管理技术,介绍网络空间安全的概念、OSI安全体系结构、加密与认证技术、网络安全协议、防火墙与入侵检测、恶意代码发展及防护技术,以及网络管理的概念与相关协议。
本书在编写过程中注意保持教学内容系统性的同时,以高速局域网与互联网应用技术作为主线,加入宽带城域网、物联网、网络安全与网络管理等新内容,力求反映计算机网络的最新发展。在本书编写过程中,作者主要参考了近年的最新文献资料。在写作中,力求做到层次清楚,语言简洁流畅,内容丰富,既便于读者循序渐进地系统学习,又能使读者了解计算机网络技术的新发展,希望本书对读者掌握计算机网络技术有一定的帮助。
本书第1~3章由吴功宜执笔完成,第4~9章由吴英执笔完成,全书由吴英统稿。
本书在编写过程中得到谭了浩强教授的关心与帮助,也得到了徐敬东教授、张建忠教授的多方帮助,在此谨表衷心的感谢。
限于作者的学术水平,错误与不妥之处在所难免,敬请广大读者批评指正。
本书每章后附有习题,并为任课教师提供电子课件和参考答案。相关教学资源(包含电子教案)可通过登录华信教育资源网站(http://www.hxedu.com.cn),注册之后进行免费下载。
作 者
吴英,男,南开大学计算机与控制工程学院副教授。近年来,主持和参加国家部委、天津市课题及横向合作项目10项;在国内外学术会议和国内刊物发表论文20余篇,其中EI检索15篇;独立撰写和组织翻译教材9本,其中列入十二五规划教材4本;获天津市教学成果一等奖1项
目 录
第1章 计算机网络概论1
1.1 计算机网络的形成和发展1
1.2 计算机网络的概念5
1.2.1 计算机网络的定义5
1.2.2 计算机网络结构变化6
1.2.3 计算机网络的分类8
1.2.4 计算机网络的拓扑结构12
1.3 典型计算机网络14
1.3.1 ARPANET14
1.3.2 NSFnet15
1.3.3 Internet15
1.3.4 Internet216
1.4 计算机网络应用及安全问题17
1.4.1 计算机网络的应用17
1.4.2 计算机网络带来的问题18
小结19
习题119
第2章 数据通信与广域网技术21
2.1 数据通信的基本概念21
2.1.1 信息、数据和信号21
2.1.2 数据传输类型和通信方式23
2.2 传输介质及其主要特性26
2.2.1 传输介质的主要类型26
2.2.2 双绞线27
2.2.3 同轴电缆28
2.2.4 光缆29
2.3 无线与卫星通信技术30
2.3.1 电磁波谱和移动通信30
2.3.2 无线通信31
2.3.3 微波通信31
2.3.4 蜂窝无线通信32
2.3.5 卫星通信32
2.4 数据编码技术34
2.4.1 数据编码的主要类型34
2.4.2 模拟数据编码34
2.4.3 数字数据编码36
2.4.4 脉冲编码调制38
2.5 数据传输中的重要概念39
2.5.1 传输速率的定义39
2.5.2 传输速率和信道带宽39
2.6 多路复用技术40
2.6.1 多路复用技术的分类40
2.6.2 频分多路复用40
2.6.3 波分多路复用41
2.6.4 时分多路复用42
2.7 广域网中的数据交换技术43
2.7.1 广域网的主要特点43
2.7.2 线路交换方式44
2.7.3 存储转发交换方式45
2.7.4 数据报方式46
2.7.5 虚电路方式47
2.8 差错控制方法48
2.8.1 差错产生原因与差错类型48
2.8.2 误码率的定义49
2.8.3 检错码与纠错码49
2.8.4 循环冗余编码50
2.8.5 差错控制机制52
小结53
习题254
第3章 网络体系结构与网络协议56
3.1 网络体系结构的概念56
3.2 OSI参考模型58
3.2.1 OSI参考模型的概念58
3.2.2 OSI参考模型的结构59
3.2.3 OSI参考模型各层功能60
3.2.4 OSI环境中的数据传输过程61
3.3 TCP/IP参考模型62
3.3.1 TCP/IP参考模型的发展62
3.3.2 TCP/IP参考模型各层功能63
3.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较65
小结67
习题367
第4章 局域网技术69
4.1 局域网的基本概念69
4.1.1 局域网技术的发展69
4.1.2 介质访问控制方法的比较70
4.1.3 以太网技术的发展72
4.1.4 IEEE802参考模型与协议74
4.2 共享介质局域网技术75
4.2.1 以太网的工作原理75
4.2.2 以太网帧的结构78
4.2.3 以太网的组网方法79
4.3 交换局域网和虚拟局域网81
4.3.1 交换式局域网技术81
4.3.2 虚拟局域网技术84
4.4 高速局域网技术发展86
4.4.1 快速以太网86
4.4.2 千兆以太网87
4.4.3 万兆以太网89
4.4.4 40 Gigabit Ethernet和100 Gigabit Ethernet90
4.5 无线局域网技术90
4.5.1 无线局域网的发展90
4.5.2 扩频无线局域网91
4.5.3 IEEE802.11标准93
4.5.4 无线局域网的结构94
4.5.5 无线局域网的工作原理97
4.5.6 IEEE802.11帧的结构99
小结102
习题4102
第5章 网络操作系统104
5.1 网络操作系统的概念104
5.1.1 操作系统的概念104
5.1.2 网络操作系统的定义和分类106
5.1.3 网络操作系统的基本功能107
5.2 Windows操作系统108
5.2.1 Windows操作系统的发展108
5.2.2 Windows NT操作系统的特点110
5.2.3 Windows 2000操作系统的特点111
5.3 NetWare操作系统112
5.3.1 NetWare操作系统的发展112
5.3.2 NetWare操作系统的特点113
5.4 UNIX操作系统115
5.4.1 UNIX操作系统的发展115
5.4.2 UNIX操作系统的结构115
5.4.3 UNIX操作系统的特点116
5.5 Linux操作系统117
5.5.1 Linux操作系统的发展117
5.5.2 Linux操作系统的结构117
5.5.3 Linux操作系统的特点119
小结119
习题5120
第6章 网络互连技术122
6.1 网络互连的概念122
6.1.1 网络互连的功能122
6.1.2 网络互连的分类123
6.1.3 网络互连的层次123
6.2 数据链路层互连设备125
6.2.1 网桥的概念125
6.2.2 网桥的分类127
6.2.3 生成树的概念127
6.2.4 网桥存在的问题128
6.3 网络层互连设备129
6.3.1 路由器的概念129
6.3.2 路由器的分类131
6.3.3 路由器技术发展133
6.4 高层互连设备135
6.4.1 网关的概念135
6.4.2 网关的分类136
小结136
习题6137
第7章 互联网应用技术139
7.1 互联网的概念139
7.1.1 互联网服务提供商139
7.1.2 互联网的结构140
7.1.3 互联网的发展状况142
7.1.4 互联网的管理者143
7.2 互联网接入方式144
7.2.1 接入技术的概念144
7.2.2 ADSL接入技术145
7.2.3 HFC接入技术145
7.2.4 光纤接入技术146
7.2.5 无线接入方式146
7.3 互联网通信协议147
7.2.1 IP地址147
7.3.2 域名机制149
7.4 Internet服务功能151
7.4.1 Web服务151
7.4.2 电子邮件服务156
7.4.3 文件传输服务159
7.4.4 远程登录服务161
7.3.5 新闻和公告类服务162
7.4.6 即时通信服务165
7.5 互联网应用发展分析167
7.5.1 互联网应用发展阶段划分167
7.5.2 P2P模式与C/S模式的比较167
小结170
习题7171
第8章 物联网技术173
8.1 物联网产生的背景173
8.1.1 物联网概念的提出173
8.1.2 物联网发展的背景176
8.2 物联网的基本概念178
8.2.1 物联网的定义178
8.2.2 物联网的技术特征179
8.3 物联网的体系结构180
8.3.1 物联网层次结构180
8.3.2 感知层的主要功能181
8.3.3 网络层的主要功能183
8.3.4 应用层的主要功能191
8.4 物联网的技术发展195
8.4.1 物联网关键技术195
8.4.2 物联网产业的发展197
8.4.3 物联网应用发展198
小结199
习题8199
第9章 网络安全和网络管理202
9.1 网络空间安全和网络安全202
9.1.1 网络空间安全的概念202
9.1.2 我国网络空间安全战略203
9.1.3 网络空间安全理论体系205
9.2 OSI安全体系结构206
9.2.1 安全体系结构的概念206
9.2.2 网络安全模型的提出208
9.2.3 用户对网络安全的需求209
9.2.4 网络安全的法律法规209
9.3 加密和认证技术210
9.3.1 密码学中的概念210
9.3.2 对称密码体制211
9.3.3 非对称密码体制212
9.3.4 数字签名技术214
9.4 网络安全协议216
9.4.1 网络层安全和IPSec216
9.4.2 传输层安全和SSL218
9.4.3 应用层安全和PGP、SET219
9.5 防火墙技术221
9.5.1 防火墙的概念221
9.5.2 防火墙的分类221
9.5.3 防火墙系统结构224
9.6 入侵检测技术226
9.6.1 入侵检测的概念226
9.6.2 入侵检测的分类227
9.6.3 蜜罐的概念228
9.7 恶意代码及防护技术228
9.7.1 恶意代码的演变228
9.7.2 计算机病毒的概念229
9.7.3 网络蠕虫的概念230
9.7.4 木马程序的概念231
9.7.5 网络防病毒技术232
9.8 网络管理技术233
9.8.1 网络管理的概念233
9.8.2 网络管理功能域234
9.8.3 网络管理系统的概念235
9.8.4 简单网络管理协议236
小结237
习题9237
附录A 参考答案240
参考文献242